JPS6237616A - 燃焼炉における窒素酸化物の発生を抑制する制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の目的〉 産業上の利用分野 本発明は燃焼炉における窒素酸化物の発生を抑制する制
御方法に係り、詳しくは、鋼材等の加熱炉、均熱炉、熱
処理炉などにおいて、窒素酸化物の発生を抑制する制御
方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術　　。

大気汚染の対象として問題になっている窒素酸化物（以
下、ＮＯｘ）は、燃料が燃焼する際、高温部において、
燃焼用空気中の窒素の一部と燃料中に含まれる窒素化合
物の一部が酸化されるために生じる。従って、ＮＯｘの
発生量は燃焼ガスの温度が高くなる程、又、燃焼ガス中
の酸素濃度が高くなる程多くなるが、燃焼ガス中の酸素
濃度については、酸素濃度を限界近くまで低減し、理論
空気比近くで燃焼する技術が開発されている。

また、燃焼空気中のＮ２が酸化されて発生するＮＯｘ（
Ｔｈｅｒｍａ　ｌ　Ｎ０ｘ）の低減には火炎温度の低下
が効果的と云われており、種々の対策が提案されている
。その中の１つの方法として排ガス再循環燃焼方法があ
り、特開昭５２−１４２２５号公報や特開昭５２−４９
９１８号公報などで燃焼排ガスを燃焼空気中に混入させ
る方法が提案されている。

しかし、燃焼空気中に燃焼排ガスを混入させ、ＮＯｘ　
ａを大巾に低減するためには混合後の空気中の酸素濃度
を１４−１Ｇ％程度に低減する必要があり、そのために
は空気迅の４０〜７０％の燃焼排ガスを排ガス循環フロ
アで供給しなければならない。従って、排ガス再循環の
排ガスダクトや排ガス循環ブロアなどの設備が大きくな
り、加熱炉等での採用が困難であった。

また、炉内又は煙道の燃焼排ガスを循環させ、これを燃
焼用空気に混入することによって火炎温度の上昇を抑制
し、ＮＯｘの生成を有効に抑制するには、大量の排ガス
が必要であり、設備費ｈ（高くなる欠点がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明はこれらの問題点の解決を目的とし、具体的には
、燃料ガス中に燃焼排ガスを一定の比率で混入させる口
とよりなる燃焼炉における窒素酸化物の発生を抑制する
制御方法を提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 問題点を解決するための 手段ならびにその作用 本発明は、バーナーに供給される燃料ガスのＱＢ！およ
び燃焼炉の炉温を検出し、これらの検出信号を燃焼排ガ
ス比率設定器に送り、燃焼排ガスの流量を検出し、炉温
によって設定された燃焼排ガス比率となるよう燃料ガス
中に燃焼排ガスを一定の関係で混入させることよりなる
口とを特徴とする。

以下、本発明の手段たる構成ならびにその作用を図面に
よって説明すると、次の通りである。

第１図は本発明による制御方法の一例を示す説明図であ
り、第２図は本発明による制御方法の他の例を示す説明
図であり、第３図はコンパッション　ポｒンシャル（ｃ
ｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｇｏｔｅｎｔｔａｌ　）とＮＯｘ
濃度の関係を示すグラフであり、第４図は燃焼炉の炉温
と排ガス流量対燃料流ｍ比率の関係を示すグラフである
。

第１図および第２図において、符号１は炉本体、２はバ
ーナー、３は燃料供給管、４は燃料流伍計、５は燃料流
量調節弁、６は温度計、７は燃料流量調節計、１４は排
ガス流量計、１５は排ガス流出調節弁、１６は排ガス装
置調節計、１９は排ガス比率設定器である。

燃焼排ガスを燃料ガスに混合する場合、その混入比率が
小さいとＮＯｘ低減効果が小さいが、混入比率が大きす
ぎる場合には、火炎温度が低下しすぎ熱効率が低下する
ばかりでなく、安定燃焼の確保が困難となる危険性が発
生する。従って、ＮＯｘレベルの低い時、すなわち、燃
焼時の炉温が低い時、あるいは炉温の低い炉帯には排ガ
スを混入させることは有益でなく、安全上の問題があり
、炉温が高温でＮＯｘレベルの高い時か、あるいは制御
ゾーンが多数ある場合には炉温の高いゾーンにのみ燃料
ガスに燃焼排ガスを混入する必要がある。

また、燃焼排ガスを燃料ガスに混入させる時、燃料流量
の変化に応じて排ガスを混入させる必要があり、その比
率をある値に保つ必要がある。

この排ガス対燃料ガスの適正な比率は、例えば、第３図
に示す関係を用い、目的とするＮＯｘ濃度に応じて決定
することができる。

第３図は種々の燃料ガスに燃焼排ガスを混合し、小型試
験炉で燃焼テストをした結果を示すもので、（１）式で
示すコンパッションボテフシ１フル（Ｃ）がＮ　Ｏｘ　
濃度の合理的な尺度として使用できることを示している
。

なお、コンパッションボテフシ１シル（Ｃ＞は都市ガス
関係で良く使用される（１）式で表わされる値であり、
この値が大きいと燃焼速度が早くなる。

■ 註（Ｉ＋２）、（ＣＯ）、（ＣＨ４）、（ＣＩＩＩＨｒ
ｌ）はそれぞれの成分の含有量（％） ａは各炭化水素ガスに固有の値 ｄはガスの比重（空気−１） また、ＮＯｘ濃度に関して発熱量で整理することも考え
られるが、ごれは燃料ガスの種類によってばらつきが大
きい。すなわち、ＬＰＧ、コークス炉ガス、転炉ガス、
都市ガスにそれぞれ燃焼排ガスを混入した時、混合後の
燃料ガスの発熱］は同じでも燃焼状態が大きく変わり、
Ｎｏｘ濃度は大きく変化する。

従って、燃焼状態（フレームの長さ、フレーム温度等）
には発熱団よりもコンバッションポテンシャルの方がよ
り合理的な尺度として使用できる。

第１図において１は加熱設備本体、２はバーナーであり
、燃料ガスおよび燃焼に必要なエアが供給される。すな
わち、燃焼空気ファン１０によって送出された燃焼用空
気は空気予熱器１１を通って、排ガス顕然の回収を行な
い、予熱され、燃焼空気配管１２を経て、バーナー２に
至る。一方、燃料ガスは燃料流量計４、燃料流量調節弁
５を経て、燃焼排ガスと混合室１８で混合しバーナーに
供給される。燃料流量は、炉内に取付けられた温度計６
及び燃料流ｆｉ１４節計７計上り、燃料流量調節弁５の
開度調節によって調節される。一方、燃焼排ガスは、排
ガスファン１３により、煙道より吸引送出され、クーラ
ー２０によって燃料ガス個有の着火温度以下に冷却され
、排ガス流量計１４で流出が計測され、排ガス流出調節
弁１５によって調節され、混合室１８に至る。ここで、
排ガス濁世と燃料ガス流量の比率は、排ガス比率設定器
１９によって決定される。この比率は第４図に示したよ
うに、炉温が低い時は、充分小さくし、炉温が高くなる
と、その比率を増加させるようにするのが望ましい。排
ガス対燃料ガスの比率は、通例、ｗａｘ　Ｏ，２〜１．
０程度が望ましく、この値は使用する燃料、予熱空気温
度及びバーナー構造によって適正な値が決定される。す
なわち、水素や一酸化炭素などの燃焼速度の大きい可燃
成分を多聞に含む場合や、予熱空気温度の高い場合、さ
らには、燃料ガスと燃焼エアが急速混合するバーナーな
どの場合は、燃焼し易く、火炎温度が高くなり、ＮＯｘ
レベルが高くなるので、排ガス比率は大きくするのが望
ましく、そうでない場合は、燃焼しにくく、火炎温度は
低目となり、ＮＯｘレベルは低レベルなので、排ガス比
率は少な目にするのが望ましい。

バーナーに供給される燃焼排ガスと燃料ガスの混合可燃
ガスのコンバッションポテンシャルは、通常、ｗｉｎ−
２０とし、それ以下になると燃焼性が悪くなりすぎ、ま
た、ＮＯｘレベルは充分小さいので、不適当である。

なお、第１図はバーナー行きの燃料ガス配管の上流側で
燃焼排ガスを混入させる方式であるが、第２図に示すよ
うに、バーナ一部において燃焼排ガスを混入させても良
い。この方式は既設類に容易に排ガス再循環方式を取入
れることができる点で有利である。

また、第１図および第２図では制御ゾーン数が１炉当り
１ゾーンの場合を示したものであるが、制御ゾーンが複
数の場合は各ゾーン単位で第１図および第２図の方法で
燃焼排ガスを再循環させればよい。

実施例 以下、実施例について更に説明する。

加熱炉において、燃料ガスとしてコークス炉ガスと高炉
ガスの混合ガス（発熱！＝２７１５にｃａｌ／Ｎｌｌ１
３、コンバッションポテンシャル＝５６）を使用した時
、ＮＯｘは１３８ｐｐｍ（０２＝１１％換算値）であっ
た。炉温は１３２０℃、燃焼排ガス中０２濃度はほぼ２
０％であった。

この設備に燃焼排ガス対燃料ガス＝０．４５：０．５５
となるように、煙道の排ガスを混入、燃焼させたところ
、ＮＯｘは約５５１）Ｉ）ＩＩ＋（０２−１１％換算値
）となった。このときの燃焼排ガスと燃料ガスの混合後
の可燃ガスのコンバッションポテンシャルは約３０であ
った。

なお、燃焼用空気温度は燃焼排ガスを燃料に混入しない
時が５８０″Ｃであり、燃焼排ガスを燃料に混合した時
は６５５℃であった。

従って、燃焼排ガス再循環によりＮＯｘは約６０％低減
することができたことになる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明はバーナーに供給される燃
料ガスの流出および燃焼炉の炉温を検出し、これらの検
出信号を燃焼排ガス比率設定器に送り、燃焼排ガスの流
量を検出し、炉温によって設定された燃焼排ガス比率と
なるよう燃料ガス中に燃焼排ガスを混入させる口とより
なる窒素酸化物の制御方法であって、燃焼空気中に燃焼
排ガスを混入させる従来方式の欠点である再循環排ガス
量の増大による設備費の増加が抑制され、加熱炉等での
採用も容易となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御方法の一例を示す説明図、第
２図は本発明による制御方法の他の例を示す説明図、第
３図はコンパツションボアンシャルとＮｏｘａ度の関係
を示すグラフ、第４図は燃焼炉の炉温と排ガス流ｍ対燃
料流品比率の関係を示すグラフである。 符号１・・・・・・炉本体　　　　２・・・・・・バー
ナー３・・・・・・燃料供給管　　４・・・・・・燃料
流置針５・・・・・・燃料流出調節弁 ６・・・・・・温度計 ７・・・・・・燃料流量調節計 ８・・・・・・煙道　　　　　９・・・・・・煙突１０
・・・・・・燃焼空気ファン １１・・・・・・空気予熱器　　１２・・・・・・燃焼
空気配管１３・・・・・・排ガスファン　１４・・・・
・・排ガス流量計１５・・・・・・排ガス流出調節弁 １Ｇ・・・・・・排ガス装置調節計 １７・・・・・・排ガス管　　　１８・・・・・・混合
室１９・・・・・・排ガス比率設定器 ２０・・・・・・クーラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）バーナーに供給される燃料ガスの流量および燃焼炉
   の炉温を検出し、これらの検出信号を燃焼排ガス比率設
   定器に送り、燃焼排ガスの流量を検出し、炉温によって
   設定された燃焼排ガス比率となるよう燃料ガス中に燃焼
   排ガスを一定の関係で混入させることよりなる燃焼炉に
   おける窒素酸化物の発生を抑制する制御方法。 ２）特許請求の範囲第１項に記載される燃料ガス中に燃
   焼排ガスを混入させた可燃ガスのコンバッション　ポテ
   ンシャルの値の最小値を２０とすることよりなる燃焼炉
   における窒素酸化物の発生を抑制する制御方法。